2019 Fiscal Year Annual Research Report
Effect of Plasma-Excited Radicals Distribution on Organic Reaction Process
| Project/Area Number |
19H02079
|
|---|
| Research Institution | Ehime University |
|---|
Principal Investigator |
野村 信福 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (20263957)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | プラズマプロセス / 有機反応 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
レーザー誘起蛍光法を用いて、水の界面に生成するOHラジカルの分布測定を実施した。基底状態のOHラジカルの励起には、282 nm付近の紫外波長可変レーザー光を使用し、水面上放電で発生したOHラジカルの2次元分布画像を撮影した。OHラジカルの反応特性を量子化学計算により検証した。原料として水とベンゼンの混合物にプラズマを照射し，熱エネルギーと光エネルギーを与えたときの反応について調べた。プラズマ強度の増加によって分子の全エネルギーの大きい分子が優先的に分解され、結合次数の小さい結合が優先的に切られていく。ベンゼンと水の反応場では水が優先的に分解されフラグメントとしてOHラジカルが生成する。
ラジカル反応を使った実証実験として、常温常圧の穏和環境下で水素と空気からアンモニアを合成する実験を行った。液体をプラズマ分解すれば水素ガスが得られる。液中プラズマ法を用いて液体原料中に純窒素または空気プラズマを発生させることで、アンモニアの合成が確認された．アンモニア合成効率は，原料混合物中の C / O 比に大きく影響される。C : O = 1 : 1 となるように原料混合比を調整することで，様々な原料からより高効率にアンモニアが合成できる．さらに、プラズマを用いた染料排水処理実験を実施し，様々な放電方式による処理効率について検討した。OHラジカルや発光中の紫外線による分解効果はプラズマ近傍に限定されるので，気泡内にプラズマが長時間生成できるようにエジェクターのように空気をプラズマ反応場に導入し、ポンプによって溶液を強制循環させると、高い分解効率0.04 g/kWh が得られた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
レーザー誘起蛍光法を使ったOHラジカルなどの2次元ラジカル分布の測定法、および量子化学計算を使った検証方法が確立した。一方、実証実験としては、OHラジカル反応の知見を活用して、アンモニアの合成実験や、染色排水の分解実験へと展開を進めており、これらの成果は学術論文に投稿中である。
|
| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、LIF法と量子化学計算の結果の妥当性を検証するとともに、これらの知見を活かして、アンモニア合成実験と液体燃料のプラズマ合成実験に展開していく。プラズマの高活性な反応場中では、各種の有機溶媒から直接、水素や一酸化炭素などのガスを回収できるため、水と空気の反応によってアンモニア、一酸化炭素と水素のプラズマ反応によって液体燃料がシンプルなプロセスで合成できる可能性がある。本研究では、窒素、水素、一酸化炭素のプラズマ生成プロセス、およびこれらのガスの環境下でのプラズマプロセスの特性を、実験的、解析的に明らかにしていく。
|
